仿生磁细菌微机器人通过主动运动增强肺炎治疗：炎症因子清除与病毒中和的双重策略

肺炎治疗领域迎来突破性进展！研究人员通过点击化学将载有姜黄素(Cur)的杂化细胞膜纳米颗粒与磁趋细菌AMB-1结合，开发出具有磁驱动能力的生物混合微机器人CurNPs@2TM-AMB-1（AR）。该研究创新性地解决了传统纳米药物在肺部滞留时间短、炎症因子清除效率低等难题。在旋转磁场(RMF)操控下，AR能主动穿透肺黏液层，通过表面ACE2受体中和SARS-CoV-2假病毒(PsV)，同时利用THP-1细胞膜上的CD116和IL6ST受体清除GM-CSF、IL-6等炎症因子。动物实验证实，该平台可显著提高药物肺部蓄积，将姜黄素在肺部的滞留时间延长至72小时，并通过调控巨噬细胞极化(M1→M2)改善肺炎微环境。相关成果发表于《Nature Communications》，为急性呼吸系统感染治疗提供了全新策略。

　　

肺炎作为全球第六大死因，每年导致数百万人死亡。当前治疗面临三大瓶颈：传统纳米药物难以穿透肺黏液屏障；现有手段无法同时清除病原体和炎症因子；药物在肺部滞留时间短。更棘手的是，肺泡巨噬细胞(M1型)过度极化引发的"细胞因子风暴"会加速肺组织损伤。虽然天然化合物姜黄素(Cur)具有抗炎和免疫调节作用，但其无法中和已产生的炎症因子，且被动递送效率低下。

针对这些挑战，Lishan Zhang等研究者独辟蹊径，将合成生物学与微纳机器人技术相结合。通过代谢标记技术给THP-1和ACE2-293T细胞膜引入叠氮基团(N₃)，制备出能同时靶向病毒和炎症因子的杂化细胞膜(2TM)。利用点击化学反应，将载Cur的人血清白蛋白纳米粒(CurNPs)与磁趋细菌AMB-1偶联，构建出生物混合微机器人系统(AR)。该工作创新性地整合了三大技术：细胞膜仿生涂层保留天然受体功能；磁细菌提供自主运动能力；点击化学实现精准组装。

关键实验方法

研究采用代谢糖标记技术实现细胞膜N₃修饰，通过差速离心提取杂化膜(2TM)。微机器人运动由三维亥姆霍兹线圈系统控制，磁场强度7 mT。肺炎模型构建采用LPS(10 mg/kg)气管滴注，SARS-CoV-2假病毒模型使用hACE2转基因小鼠。巨噬细胞极化通过流式细胞术(F4/80⁺CD11b⁺CD206⁺/CD11c⁺)和免疫荧光分析。

运动行为调控

在模拟肺液(SLF)中，AR展现出精准可控的运动特性。振动样品磁强计(VSM)证实其超顺磁性(饱和磁化强度1.71 emu/g)。当磁场频率达24 Hz时，AR产生最大速度42 μm/s，能精确沿预设"W"形轨迹运动。这种主动运动能力使其穿透黏液层的效率比被动扩散提高3倍。

肺部滞留增强

近红外成像显示，磁驱动组(AR+M)72小时后肺部荧光强度仍保持初始值的60%，而传统纳米粒组(CurNPs@2TM)在48小时即完全清除。冰冻切片证实AR能突破黏液屏障到达肺泡上皮，其Cur释放量比被动递送组提高2.1倍。

双重中和效应

体外实验表明，AR通过表面ACE2受体对SARS-CoV-2假病毒的中和效率达92%，同时可清除83%的IL-6和76%的GM-CSF。在hACE2转基因小鼠模型中，AR+M治疗组病毒载量比对照组降低10倍，支气管肺泡灌洗液(BALF)中IL-6水平下降6.8倍。

免疫微环境调控

流式分析显示AR+M组M2型巨噬细胞比例提升至41.7%，而M1型降至18.3%。这种极化调控作用源于Cur通过阻断NF-κB通路抑制炎症因子释放，同时活性运动增强了药物-细胞相互作用。肺组织湿干重比(W/D)从5.1降至3.8，证实水肿显著改善。

生物安全性验证

AMB-1在肺部的代谢周期为72小时，未发现向其他器官迁移。血清ALT/AST和UREA/CREA水平与对照组无统计学差异，主要脏器病理切片未见异常。

这项研究开创性地将仿生策略与活性递送相结合，突破了传统肺炎治疗的三大局限：通过磁驱动实现深层组织渗透；利用杂化膜受体实现多靶点干预；借助自主运动延长药物驻留。尤为重要的是，该系统首次在活体实现"清除-递送-调控"三位一体的肺炎治疗模式。研究者特别指出，该平台的技术框架可扩展至其他呼吸道疾病，通过更换细胞膜类型即可靶向不同病原体。未来结合影像导航技术，这种生物混合微机器人有望发展为精准医学的重要工具。

《Nature Communications》审稿人评价该工作"为微纳机器人的临床转化提供了范例"，其创新性主要体现在：① 保留天然受体的仿生设计避免基因编辑风险；② 磁细菌的能量转换效率(>80%)远超人工微马达；③ 点击化学组装确保结构稳定性。这些突破为应对新发呼吸道传染病提供了全新的技术储备。